談一談金屬材料的應(yīng)力腐蝕

金屬材料的應(yīng)力腐蝕開裂，是指在靜拉伸力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下導(dǎo)致腐蝕開裂的現(xiàn)象。它與單純由應(yīng)力造成的破壞不同，這種腐蝕在極低的應(yīng)力條件下也能發(fā)生；它與單純由腐蝕引起的破壞也不同，腐蝕性極弱的介質(zhì)也能引起腐蝕開裂。它往往是沒有先兆的進展迅速的突然斷裂，容易造成嚴(yán)重的事故。因此它是一種危害性極大的破壞形式。

按照裂紋發(fā)展過程的電化學(xué)反應(yīng)，可以把應(yīng)力腐蝕分為兩個基本類別：陽極反應(yīng)敏感型和陰極反應(yīng)敏感型。

1、陽極反應(yīng)敏感型應(yīng)力腐蝕，是指這類應(yīng)力腐蝕裂紋的形成和發(fā)展過程是以裂紋處金屬的陽極溶解為基礎(chǔ)的，裂紋的成長速度也由金屬陽極溶解速度決定。

2、陰極反應(yīng)敏感型應(yīng)力腐蝕，是指這類應(yīng)反應(yīng)過程中由于陰極吸氫而造成的脆性破壞，它也稱為氫脆型應(yīng)力腐蝕，也稱氫脆。

通常說的應(yīng)力腐蝕，指的是陽極反應(yīng)敏感型應(yīng)力腐蝕。金屬材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕的特征，有下面幾個特征：

1、應(yīng)力

產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力主要是其中的靜態(tài)部分，它可以是外加載荷或裝配力（例如擰螺栓的力、脹接力等）引起的應(yīng)力，也可以是構(gòu)件在加工、熱處理、焊接等過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。不管來源如何，導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂的應(yīng)力必須有拉伸應(yīng)力的成分，壓縮應(yīng)力是不會引起應(yīng)力腐蝕開裂的。此外，這種應(yīng)力通常是比較輕微的。如果不是在腐蝕環(huán)境中，這樣小的應(yīng)力是不會使構(gòu)件發(fā)生機械性的破壞。構(gòu)成破壞的應(yīng)力值要根據(jù)材料、腐蝕介質(zhì)等具體情況來確定。

2、腐蝕介質(zhì)

產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的材料和介質(zhì)并不是任意的，只有二者是某種組合時才會發(fā)生應(yīng)力腐蝕。引起普通鋼應(yīng)力腐蝕的腐蝕介質(zhì)有：氫氧化物溶液；含有硝酸鹽、碳酸鹽、硫化氫的水溶液；海水，硫酸-硝酸混合液；融化的鋅、鋰；熱的三氯化鐵溶液；液氨。引起奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)有：酸性和中性的氯化物溶液；海水；熔融氯化物；熱的氟化物溶液；日的氫氧化物溶液。

3、材料

一般認為極純的金屬不產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破壞，只有在合金或含有雜質(zhì)的金屬中才會發(fā)生。

4、破壞過程

⑴孕育階段。這是在應(yīng)力腐蝕裂紋產(chǎn)生前的一段時間，為裂紋的成核作準(zhǔn)備。

⑵裂紋穩(wěn)定擴展階段。在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下，裂紋緩慢擴展

⑶裂紋失穩(wěn)擴展階段。這是最后的機械性破壞。

另外，金屬材料的應(yīng)力腐蝕破裂還有一個特點是金屬的開裂與金屬本身厚度無關(guān)。常見的厚度大腐蝕也慢（均勻腐蝕）的情況在這里不適用。因此，靠增加金屬厚度來延緩應(yīng)力腐蝕破裂幾乎是無效的。

案例分析    

案例：某化工廠用于貯存30%氫氧化鈉的貯罐，直徑1.2m，高1.4m，碳鋼制作。貯罐筒體外焊有夾套，用于通熱水30-50℃，使氫氧化鈉溶液保持溫度。在北方冬季氣溫低，改為向夾套內(nèi)通入蒸汽 (0.2Mpa)。很快發(fā)現(xiàn)罐底泄漏。經(jīng)檢查，在罐底堿液出口管周圍有放射狀裂紋。如果從上面的管口通入蒸汽，則在夾套與筒體焊接處很快發(fā)生裂紋。

分析: 這種腐蝕破壞是典型的堿脆。即受應(yīng)力的金屬材料在氫氧化鈉溶液中發(fā)生的應(yīng)力腐蝕破裂。碳鋼是容易發(fā)生堿脆的一類金屬材料。經(jīng)文獻介紹碳鋼發(fā)生堿脆的氫氧化鈉濃度和溫度范圍。，對于30%NaOH溶液，當(dāng)溫度超過55℃，就可能使碳鋼發(fā)生堿脆。

在本事例中，當(dāng)使用30-50℃的熱水時，沒有腐蝕問題。而通人蒸汽，在蒸汽人口處溫度很高，遠遠超出了55℃這個溫度界限。而蒸汽人口處不管上口還是下口，附近又正是焊接應(yīng)力集中的部位。貯罐發(fā)生堿脆破壞就一點不奇怪了。易發(fā)生堿脆條件早已人們認知，但幾十年來仍有很多碳鋼設(shè)備發(fā)生堿脆破壞，而且明顯地是在“破裂區(qū)”的環(huán)境條件。

改正措施：對本事例來說，為了防止貯罐發(fā)生堿脆，應(yīng)從設(shè)備結(jié)構(gòu)上進行改進，使溫度盡可能均勻，避免局部過熱，特別是溫度較高的部位要避開焊接應(yīng)力集中的部位。比如有的廠將夾套加熱改為盤管加熱，就未再發(fā)生堿脆破壞。當(dāng)然，消除焊接應(yīng)力也是有效的。